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Neuroscience

Una prueba métrica para evaluar la memoria de trabajo espacial en ratas adultas después de una lesión cerebral traumática

Published: May 7, 2021 doi: 10.3791/62291
* These authors contributed equally

Summary

La lesión cerebral traumática (LCT) se asocia comúnmente con el deterioro de la memoria. Aquí, presentamos un protocolo para evaluar la memoria de trabajo espacial después de una LCT a través de una tarea métrica. Una prueba métrica es una herramienta útil para estudiar el deterioro de la memoria de trabajo espacial después de una LCT.

Abstract

Las deficiencias de la memoria sensorial, a corto y largo plazo son efectos secundarios comunes después de una lesión cerebral traumática (LCT). Debido a las limitaciones éticas de los estudios en humanos, los modelos animales proporcionan alternativas adecuadas para probar los métodos de tratamiento y para estudiar los mecanismos y las complicaciones relacionadas de la afección. Los modelos experimentales de roedores han sido históricamente los más utilizados debido a su accesibilidad, bajo costo, reproducibilidad y enfoques validados. Una prueba métrica, que prueba la capacidad de recordar la colocación de dos objetos a varias distancias y ángulos entre sí, es una técnica para estudiar el deterioro en la memoria de trabajo espacial (SWM) después de una LCT. Las ventajas significativas de las tareas métricas incluyen la posibilidad de observación dinámica, bajo costo, reproducibilidad, relativa facilidad de implementación y ambiente de bajo estrés. Aquí, presentamos un protocolo de prueba métrica para medir el deterioro de SWM en ratas adultas después de TBI. Esta prueba proporciona una forma factible de evaluar la fisiología y la fisiopatología de la función cerebral de manera más efectiva.

Introduction

La prevalencia de déficits neurológicos como la atención, la función ejecutiva y ciertos déficits de memoria después de una lesión cerebral traumática moderada (LCT) es de más del 50 por ciento1,2,3,4,5,6,7,8. La LCT puede conducir a deficiencias graves en la memoria espacial a corto plazo, a largo plazo y de trabajo9. Estas alteraciones de la memoria se han observado en modelos de roedores de LCT. Los modelos de roedores han permitido el desarrollo de técnicas para probar la memoria, lo que permite exámenes más profundos sobre el efecto de la LCT en el procesamiento de la memoria en los sistemas de memoria neuronal.

Dos pruebas, relacionadas con el procesamiento de información espacial topológica y métrica respectivamente, ayudan a medir la memoria de trabajo espacial (SWM). La prueba topológica depende de cambiar el tamaño del espacio ambiental o espacios relacionados de conexión o recinto alrededor de un objeto, mientras que la prueba métrica evalúa los cambios en los ángulos o la distancia entre los objetos10,11. Goodrich-Hunsaker et al. primero adaptaron la prueba topológica humana pararatas 10 y aplicaron la tarea métrica para disociar los roles de la corteza parietal (PC) y el hipocampo dorsal en el procesamiento de información espacial11. Del mismo modo, Gurkoff y sus colegas evaluaron las tareas de memoria métrica, topológica y de ordenación temporal después dela lesiónpor percusión del fluido lateral 9 . Existe una correlación entre el daño a ciertas regiones del cerebro y el deterioro de la memoria métrica o topológica. Se ha sugerido que el deterioro de la memoria métrica está relacionado con lesiones en el giro dentado dorsal bilateral y la subregión CA3 de cornu ammonis (CA) del hipocampo, y que el deterioro topológico de la memoria está relacionado con lesiones bilaterales de la corteza parietal10,12.

El propósito de este protocolo es evaluar el déficit de memoria espacial en una población de ratas a través de una tarea métrica. Este método es una alternativa adecuada para investigar los mecanismos de SWM después de una lesión cerebral, y sus ventajas incluyen la relativa facilidad de implementación, alta sensibilidad, bajo costo de reproducibilidad, la posibilidad de observación dinámica y un entorno de bajo estrés. En comparación con otras tareas de comportamiento como el laberinto de Barnes13,14,la tarea de navegación acuática de Morris15,16,17o las tareas de laberinto espacial18,19,esta prueba métrica es menos complicada. Debido a su facilidad de implementación, la prueba métrica requiere un período de entrenamiento más corto y menos estresante y se lleva a cabo durante solo 2 días9:1 día para la habituación y 1 día para la tarea. Además, nuestra prueba propuesta es más fácil de realizar que otras pruebas de bajo estrés, como la nueva tarea de reconocimiento de objetos (NOR), y no requiere el día adicional de habituación20.

Este documento proporciona un modelo sencillo para evaluar swm después de una lesión cerebral. Esta evaluación del SWM post-TBI puede ayudar en una investigación más exhaustiva de su fisiopatología.

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Protocol

Los experimentos se realizaron siguiendo las recomendaciones de las Declaraciones de Helsinki y Tokio y las Directrices para el uso de animales de experimentación de la Comunidad Europea. Los experimentos fueron aprobados por el Comité de Cuidado Animal de la Universidad Ben-Gurion del Negev. Una línea de tiempo de protocolo se ilustra en la Figura 1.

1. Procedimientos quirúrgicos y TBI de percusión fluida

  1. Seleccione ratas Sprague-Dawley adultas macho y hembra, alojadas a una temperatura ambiente de 22 ± 1 ° C, y una humedad del 40% -60%, con ciclos de luz-oscuridad de 12-12 h.
  2. Proporcionar alimentos como chow y agua ad libitum. Realizar experimentos entre las horas de la mañana, es decir, de 6:00 a.m. a 12:00 p.m.
  3. Realizar una evaluación neurológica basal tanto para el grupo de control como para el grupo de LCT antes del inicio del experimento (ver sección 2 a continuación).
  4. Anestesiar a las ratas con isoflurano inhalado al 4% para la inducción y al 1,5% para el mantenimiento de la anestesia. Asegúrese de que la rata esté inmovilizada probando el reflejo del pedal o el movimiento en respuesta a un irritante.
    NOTA: Utilice un sistema de administración continua de isoflurano para la anestesia. Realizar todos los procedimientos en condiciones asépticas.
  5. Realizar lesiones por percusión de líquido parasagital como se describió anteriormente21,22.
  6. Inyecte por vía subcutánea 0,2 ml de bupivacaína al 0,5% a lo largo del sitio de la incisión prospectiva, antes de la incisión. Llevar a la rata a la sala de recuperación y continuar monitoreando el estado neurológico (por ejemplo, parálisis), respiratorio (por ejemplo, paro respiratorio) y cardiovascular (por ejemplo, disminución de la perfusión de tejidos blandos, cambios en el color de las pupilas y bradicardia) durante 24 h. Antes de la emergencia de la anestesia, administrar 0,01 - 0,05 mg/kg de buprenorfina intramuscular como analgesia postoperatoria. Repita las dosis cada 6 - 12 h durante al menos 48 h.

2. Evaluación de la puntuación de gravedad neurológica (NSS)

NOTA: La evaluación del déficit neurológico se realizó y calificó utilizando un NSS, como se describió anteriormente23,24. La puntuación máxima de alteración en la función motora y el comportamiento es de 24 puntos. Una puntuación de 0 indica un estado neurológico intacto y 24 indica disfunción neurológica grave, como se describió anteriormente24.

  1. Pruebe la incapacidad de la rata para dejar un círculo (50 cm de diámetro) cuando se coloca en su centro. Realice esta tarea tres veces, y cada sesión durará 30 minutos, 60 minutos y más de 60 minutos cada una.
    NOTA: Si recoge ratas por la cola, sostenga la base de la cola.
  2. Pruebe a la rata para detectar una pérdida del reflejo de enrechamiento.
    1. Coloque el animal sobre su espalda en la palma de la mano del investigador. Dé una puntuación de 1 si el animal es capaz de ense derecho25 (de pie sobre las cuatro patas).
  3. Pruebe a la rata para detectar hemiplejia, la incapacidad de la rata para resistir el posicionamiento forzado.
  4. Levante la rata por su cola para probar la flexión reflexiva de la extremidad posterior.
  5. Coloque la rata en el suelo para probar su capacidad para caminar recta.
  6. Realice pruebas para tres comportamientos reflexivos: el reflejo del pabellón auricular, el reflejo corneal y el reflejo de sobresalto.
    1. Para el reflejo del pabellón auricular, realice una estimulación táctil ligera para probar la retracción del oído como se describió anteriormente25.
    2. Para probar el reflejo corneal, monitoree la respuesta de parpadeo cuando aplique un palo suave ligeramente al ojo y mida en una escala de 0 (sin respuesta) al parpadeo triple del ojo (3), como se describió anteriormente25.
    3. Para el reflejo de sobresalto, arrastre un bolígrafo a través de la parte superior de la jaula de alambre y registre la respuesta con una escala de 0 (sin respuesta) a 3 (salto de 1 cm o más), como se describió anteriormente25.
  7. Califíque a la rata en función de la pérdida del comportamiento de búsqueda y la postración (no mover los bigotes, oler o correr después de ser transferido a un nuevo entorno)24.
  8. Pruebe los reflejos de las extremidades para la colocación en las extremidades anteriores izquierda y derecha, y luego en las extremidades posteriores izquierda y derecha.
  9. Analice la funcionalidad a través de la tarea de equilibrado de vigas con una viga de 1,5 cm de ancho. Realice la prueba para sesiones que duran 20 segundos, 40 segundos y más de 60 segundos.
  10. Ejecute la prueba de caminata de viga con tres vigas diferentes: 8,5 cm de ancho, 5 cm de ancho y 2,5 cm de ancho.

3. Preparación para la tarea métrica

  1. Equipo
    1. Coloque una plataforma circular negra de 200 cm de diámetro y 1 cm de grosor sobre una mesa. La altura de la mesa debe ser de 80 cm sobre el piso.
    2. Establezca dos objetos diferentes en el centro de la plataforma circular a 68 cm de distancia entre sí.
      NOTA: En este experimento, se utilizaron dos botellas de vidrio para objetos, una botella redonda con una altura de 13,5 cm y otra botella facetada con una altura de 20 cm. Llene las botellas con agua para garantizar la estabilidad.
    3. Prepare una cámara e instale el software informático necesario para capturar, guardar y procesar datos. Instale la cámara a una altura de 290 cm del suelo.
      NOTA: La distancia entre la plataforma y la cámara depende de las especificaciones de la cámara. El marco de la cámara debe cubrir toda el área de la arena en la que se está llevando a cabo la prueba. La distancia para nuestro experimento entre la plataforma y la cámara fue de 210 cm.
  2. Habituación
    1. El día antes de la tarea, habitúe a la rata al nuevo entorno durante 10 minutos colocándola en la arena sin grabación de video.
      NOTA: No realice las tareas neurológicas y la tarea métrica el mismo día.
      NOTA: Realice pruebas métricas en un área de luz roja.

4. Realización de la tarea métrica

NOTA: La realización de la tarea métrica consta de dos períodos: 1) período de habituación (15 min) y 2) período de prueba (5 min).

  1. Período de habituación
    1. Establezca dos objetos diferentes en el centro de la plataforma circular a 68 cm de distancia entre sí.
    2. Coloque la rata en el extremo de la plataforma equidistante de los objetos durante un período de 15 minutos y grabe el video.
    3. Retire la rata de la plataforma y colóquela en una jaula individual durante 5 minutos.
    4. Limpie la plataforma con 5% -10% de alcohol.
      NOTA: Se puede usar hasta un 70% de alcohol para limpiar la plataforma en áreas bien ventiladas.
  2. Período de prueba
    1. Reducir la distancia entre objetos a 34 cm.
    2. Coloque la rata en la plataforma durante 5 minutos y grabe la actividad de exploración de la rata en video.
    3. Limpie la plataforma con 5% -10% de alcohol.

5. Análisis de datos

NOTA: El análisis de datos se realiza mediante un software de seguimiento de video diseñado específicamente para estudios de comportamiento animal que registra automáticamente la actividad y el movimiento de los animales (consulte la Tabla de materiales). Este software automatiza una serie de variables de comportamiento, incluida la movilidad, la actividad y el comportamiento exploratorio.

  1. Antes de analizar los archivos de vídeo, inserte la clave de hardware del software. Inicie el software de seguimiento de video y abra la plantillapreestablecida.
  2. En la sección Configuración, compruebe la configuración de la siguiente manera: Arena, Control de pruebay Configuración de detección (consulte la Figura 2a).
    NOTA: Para este experimento, los parámetros para el área de exploración se definen como 6 cm alrededor del objeto de interés. Se midió el tiempo que la rata entró en esta área.
  3. Después de verificar la configuración, duplique y cámbiele el nombre.
  4. En la pantalla general del programa, Grab Background haciendo clic derecho en el mouse.
  5. Seleccione un archivo de vídeo para la imagen de fondo. En el menú Examinar, seleccione la ubicación del archivo de vídeo.
  6. Capture la imagen y marque las áreas y zonas investigadas, calibrando la imagen para su análisis. Realice los mismos pasos para el control de prueba y la configuración de detección.
  7. En el menú general, seleccione Lista de prueba y descargue la lista de archivos de vídeo para su análisis.
  8. Agregue los videos e indique la ubicación con la configuración requerida.
  9. Seleccione Adquisición e Iniciar prueba (consulte la Figura 2b,c). Exportar todos los datos como archivos de Excel (consulte la Figura 2d).
    NOTA: Realice todos los cálculos para los períodos de habituación y prueba. La evaluación de tareas métricas se prepara con una plantilla avanzada.

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Representative Results

La importancia de las comparaciones entre los grupos se determinó mediante la prueba de Mann-Whitney. La significación estadística de los resultados se consideró en P < 0,05, mientras que la relevancia estadísticamente alta se midió en P < 0,01.

Los resultados no mostraron diferencias en el SEN entre todos los grupos antes de la intervención y 28 días después de la LCT. Cada grupo consistía en 12 hembras o 12 ratas macho. Las puntuaciones NSS obtenidas 48 h después de TBI se presentan en la Tabla 1. Las ratas del grupo de LCT que mostraron un déficit neurológico significativo el día 28 después de la lesión fueron excluidas del experimento. Los datos se miden como recuentos y se presentan como mediana ± rango.

El grupo de control operado simuladamente no mostró ningún déficit neurológico a las 48 h después del primer día del estudio (NSS-0). El déficit neurológico a las 48 h después de la LCT fue significativamente mayor para las ratas macho con LCT que para las ratas macho operadas simuladamente (5.5(4-7) vs. 0(0-0), U = 0, p < 0.01, r = -0.89), y para las ratas TBI hembras que para las ratas hembra operadas simuladamente (4.5(3.25-6) vs. 0(0-0), U = 0, p < 0.01, r = -0.91), según la prueba de Mann-Whitney (Tabla 1).

Una prueba de Mann-Whitney indicó que el tiempo de exploración de objetos durante la tarea métrica fue significativamente más corto para las ratas TBI macho frente a las ratas macho operadas simuladamente (130% ± 44.3% vs. 1978% ± 59.2%), U = 0, p < 0.01, r = -0.85 (ver Figura 3a,b). Los datos se miden como segundos expresados en % del punto basal y se presentan como media ± SEM. La línea de base se mide como el tiempo de exploración durante los primeros 5 min del período de habituación. Los tres puntos de tiempo restantes (5-10 min, 10-15 min y 20-25 min) se calcularon como un porcentaje de la línea de base.

Una prueba de Mann-Whitney indicó que el tiempo de exploración de objetos durante la tarea métrica fue significativamente más corto para las ratas TBI hembra frente a las ratas hembra operadas simuladamente (89% ± 43.5% vs. 2160% ± 43.6%), U = 0, p < 0.01, r = -0.85 (ver Figura 4a,b). Los datos se miden como segundos expresados en % del punto basal y se presentan como media ± SEM. La línea de base se mide como el tiempo de exploración durante el período de habituación.

No se encontraron diferencias significativas entre los grupos masculino y femenino.

Figure 1
Figura 1: Esquema de protocolo con líneas de tiempo. Esta figura muestra la línea de tiempo del protocolo. Los grupos de ratas en diferentes momentos incluyeron un grupo de control operado simuladamente y un grupo de LCT y se evaluaron mediante la puntuación NSS a -1 h, 48 h y 28 días después de la lesión. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: Análisis de datos representativos. Capturas de pantalla del software de seguimiento de vídeo para (A) Configuración de control de prueba (B) Lista de prueba y (C) Adquisición, y datos de ejemplo exportados a Excel (D). Consulte el texto y el video para obtener más detalles. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: Tarea métrica para ratas macho. El tiempo de exploración del objeto durante la tarea métrica fue significativamente más corto para las ratas TBI macho frente a las ratas macho operadas simuladamente (ver Figura 3a,b,que ilustra los datos en diferentes escalas del eje Y). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: Tarea métrica para ratas hembra. El tiempo de exploración del objeto durante la tarea métrica fue significativamente más corto para las ratas TBI hembras frente a las ratas hembra operadas simuladamente (ver Figura 4a,b,que ilustra los datos en diferentes escalas del eje Y). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Valores de NSS de los grupos de estudio a las 48 h después de una LCT Mediana (rango)
Grupo Animal N Referencia 48h 1w 2w 4w
Ratas hembra/macho operadas simuladamente 12 0(0-0) 0(0-0) 0(0-0) 0(0-0) 0(0-0)
Ratas macho TBI 12 0(0-0) 5.5(4-7)* 2(1-6)* 1.5(0-2)* 0(0-2)
Ratas hembra de LCT 12 0(0-0) 4.5(3.25-6)* 1.5(0.25-2.8)* 1(0-2)* 0(0-0.8)

Tabla 1: Determinación del rendimiento neurológico. El déficit neurológico a las 48 h después de una LCT fue significativamente mayor para las ratas macho con LCT que para las ratas macho operadas simuladamente y las ratas TBI hembras que para las ratas hembra operadas simuladamente.

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Discussion

Al dirigirse específicamente al proceso de información espacial métrica, esta prueba métrica proporciona una herramienta necesaria para comprender la deficiencia de memoria después de una LCT. El protocolo presentado en este trabajo es una modificación de las tareas conductuales descritas anteriormente11. Una tarea métrica descrita anteriormente utilizó dos paradigmas diferentes, cada uno de los que consta de tres sesiones de habituación y una sesión de prueba. El primer paradigma consistía en acercar los objetos familiares después de la habituación y el segundo paradigma alejaba los objetos11.

En comparación con el laberinto de Barnes, que se realiza durante cinco13 o catorce14 días, la tarea métrica presentada aquí se realiza dentro de los 2 días, el primer día para la habituación y el segundo día para la tarea9. La tarea en este protocolo es menos estresante que las tareas de comportamiento comparables como el laberinto de agua de Morris, debido al estrés inducido por nadar en el laberinto y la mayor duración de la tarea15,16,17. Las pruebas de laberinto para la memoria espacial requieren un período de aprendizaje significativo; incluso un simple laberinto en T requiere al menos 5 días de entrenamiento18. Para laberintos radiales más complejos, se recomiendan 15-20 días de pruebas diarias19.

Este protocolo contiene varios pasos críticos. Un componente crucial es la necesidad de tratar la arena con una solución de alcohol, así como los objetos que hay en ella. También es necesario que la superficie de la arena esté seca y limpia, ya que el olor a alcohol y los olores sobrantes de animales anteriores pueden cambiar el comportamiento del animal en estudio. Además, la ventilación constantemente adecuada de la sala de comportamiento es vital. Dado que el ruido es uno de los factores de estrés que pueden cambiar el comportamiento de los animales, recomendamos una insonorización adecuada. Además, la altura de la plataforma de 80 cm y la distancia relativa de la plataforma de otros objetos es necesaria para que la rata no salte o se suba a otro objeto. Además, mantener una configuración consistente en el procesamiento de archivos de video grabados durante la configuración ayudará a evitar una interpretación incorrecta de los datos.

El déficit neurológico que se desarrolla como resultado de una LCT debe considerarse en la evaluación de la memoria. Los déficits neurológicos después de un traumatismo craneal son un factor que contribuye a esta enfermedad. La evaluación de los déficits neurológicos es muy importante en el modelo de roedor de lesión cerebral y es un resultado altamente sensible y de uso frecuente26. Sin embargo, los déficits neurológicos graves pueden tener un efecto en las pruebas de comportamiento, especialmente en las pruebas que miden la evaluación de la memoria27. La tarea comparable del laberinto de agua de Morris también evalúa el deterioro de la memoria28. Una puntuación baja en la prueba de Morris en ratas con LCT o acariciadas está altamente correlacionada con déficits neurológicos y, de hecho, refleja no la memoria o el deterioro cognitivo, sino más bien el rendimiento neurológico y la capacidad de soportar el estrés.

Para minimizar el efecto de los déficits neurológicos relacionados con TBI en las puntuaciones de memoria, utilizamos los siguientes enfoques: 1) utilizamos modelos de TBI de gravedad leve a moderada, que recuperan espontáneamente el rendimiento neurológico después de 1 mes. 2) Las ratas que mostraron déficit neurológico 28 días después de una LCT fueron excluidas de los experimentos conductuales, según nuestras observaciones de que todas las ratas con lesión leve se recuperan. En grupos de 10-20 ratas afectadas con LCT grave, una rata en promedio tiene un déficit neurológico significativo que puede afectar la movilidad. 3) Para evaluar la memoria después del trauma, no se utilizaron pruebas relacionadas con el movimiento, cuyos resultados pueden estar influenciados por la deficiencia neurológica (como en el laberinto de agua de Morris). Si bien la prueba de Barnes y las pruebas relacionadas son útiles para evaluar la memoria en modelos de LCT y accidente cerebrovascular, la prueba métrica es más adecuada para evaluar SWM. Por lo tanto, la prueba métrica es la prueba de elección para evaluar el SWM de ratas después de TBI.

Una limitación de este protocolo es el uso de una prueba métrica sola en lugar de una prueba topológica. Prevemos estudios futuros que también incorporen pruebas topológicas para medir otros aspectos de SWM. Sorprendentemente, según nuestros resultados, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre ratas macho y hembra. Un gran número de estudios muestran diferencias de sexo después de TBI29,muchos basados en la diferencia en las concentraciones de hormonas reproductivas. El estrógeno y la progesterona desempeñan un papel de neuroprotección después de una LCT, que se ha demostrado que disminuyen la presión intracraneal y mejoran la puntuación de la función neurológica respectivamente30. Según un estudio de metanálisis, los hombres sufren con mayor frecuencia de LCT, pero las mujeres tienen peores pronósticos31. Los deterioros cognitivos, la complicación más común después de una LCT, tienden a las diferencias de género, con las mujeres mostrando una mayor mejoría en las tareas de posicionamiento espacial y los hombres desempeñándose mejor en las tareas verbales32,33,34. Nuestros resultados, sin embargo, indican la posibilidad de incertidumbre sobre las diferencias de memoria espacial relacionadas con el género.

Entre los diversos tipos de modelos de LCT, el modelo de LCT inducido por percusión fluida está bien documentado y descrito, es fácilmente reproducible y tiene menor variabilidad que otros modelos35,36. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la prueba métrica tiene una amplia utilidad y se puede usar de manera efectiva con otros modelos de LCT. La prueba métrica descrita en este protocolo también permite una mayor investigación sobre el deterioro de la memoria en modelos comparables de daño neurológico, como los modelos de lesión cerebral axonal difusa24,37 y accidente cerebrovascular38. Este protocolo también puede ser útil para estudiar la eficacia de varias modalidades de tratamiento en la restauración de SWM después de TBI.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Agradecemos a la profesora Olena Severynovska; Maryna Kuscheriava M.Sc; Maksym Kryvonosov M.Sc; Daryna Yakumenko M.Sc; Evgenia Goncharyk M.Sc; y Olha Shapoval, candidata a doctorado en el Departamento de Fisiología, Facultad de Biología, Ecología y Medicina, Universidad Oles Honchar Dnipro, Dnipro, Ucrania por sus contribuciones útiles y de apoyo. Los datos se obtuvieron como parte de la tesis doctoral de Dmitry Frank.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2% chlorhexidine in 70% alcohol solution SIGMA - ALDRICH 500 cc For general antisepsis of the skin in the operatory field
 Bupivacaine 0.1 %
4 boards of different thicknesses (1.5cm, 2.5cm, 5cm and 8.5cm) This is to evaluate neurological defect
4-0 Nylon suture 4-00
Bottles Techniplast ACBT0262SU 150 ml bottles filled with 100 ml of water and 100 ml 1%(w/v) sucrose solution
Bottlses (four) for topological an metric tasks For objects used two little bottles, first round (height 13.5 cm) and second faceted (height 20 cm) shape and two big faceted bottles, first 9x6 cm (height 21 cm) and second 7x7 cm (height 21 cm).
Diamond Hole Saw Drill 3mm diameter Glass Hole Saw Kit Optional. 
Digital Weighing Scale SIGMA - ALDRICH Rs 4,000
Dissecting scissors SIGMA - ALDRICH Z265969
Ethanol 99.9 %  Pharmacy 5%-10% solution used to clean equipment and remove odors
EthoVision XT (Video software) Noldus, Wageningen, Netherlands Optional
Fluid-percussion device custom-made at the university workshop    No specific brand is recommended.
Gauze Sponges Fisher 22-362-178
Gloves (thin laboratory gloves) Optional.
Heater with thermometer Heatingpad-1 Model: HEATINGPAD-1/2    No specific brand is recommended.
Horizon-XL Mennen Medical Ltd
Isofluran, USP 100% Piramamal Critical Care, Inc NDC 66794-017 Anesthetic liquid for inhalation
Office 365 ProPlus Microsoft - Microsoft Office Excel
Olympus BX 40 microscope Olympus
Operating  forceps SIGMA - ALDRICH
Operating  Scissors SIGMA - ALDRICH
PC Computer for USV recording and data analyses Intel Intel® core i5-6500 CPU @ 3.2GHz, 16 GB RAM, 64-bit operating system
Plexiglass boxes linked by a narrow passage Two transparent 30 cm × 20 cm × 20 cm plexiglass boxes linked by a narrow 15 cm × 15 cm × 60 cm passage
Purina Chow Purina 5001 Rodent laboratory chow given to rats, mice and hamster is a life-cycle nutrition that has been used in biomedical researc for over 5
Rat cages  (rat home cage or another enclosure) Techniplast 2000P No specific brand is recommended
Scalpel blades 11 SIGMA - ALDRICH S2771
SPSS SPSS Inc., Chicago, IL, USA  20 package
Stereotaxic Instrument custom-made at the university workshop    No specific brand is recommended
Timing device Interval Timer:Timing for recording USV's Optional. Any timer will do, although it is convenient to use an interval timer if you are tickling multiple rats
Topological and metric tasks device Self made in Ben Gurion University of Negev White circular platform 200 cm in diameter and 1 cm thick on table
Video camera Logitech C920 HD PRO WEBCAM Digital video camera for high definition recording of rat behavior under plus maze test
Windows 10 Microsoft

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Binder, L. M. Persisting symptoms after mild head injury: A review of the postconcussive syndrome. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 8 (4), 323-346 (1986).
  2. Binder, L. M. A review of mild head trauma. Part II: Clinical implications. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 19 (3), 432-457 (1997).
  3. Binder, L. M., Rohling, M. L., Larrabee, G. J. A review of mild head trauma. Part I: Meta-analytic review of neuropsychological studies. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 19 (3), 421-431 (1997).
  4. Leininger, B. E., Gramling, S. E., Farrell, A. D., Kreutzer, J. S., Peck, E. A. Neuropsychological deficits in symptomatic minor head injury patients after concussion and mild concussion. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry. 53 (4), 293-296 (1990).
  5. Levin, H. S., et al. Neurobehavioral outcome following minor head injury: a three-center study. Journal of Neurosurgery. 66 (2), 234-243 (1987).
  6. McMillan, T. M. Minor head injury. Current Opinion in Neurology. 10 (6), 479-483 (1997).
  7. Millis, S. R., et al. Long-term neuropsychological outcome after traumatic brain injury. The Journal of Head Trauma Rehabilitation. 16 (4), 343-355 (2001).
  8. Stuss, D., et al. Reaction time after head injury: fatigue, divided and focused attention, and consistency of performance. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry. 52 (6), 742-748 (1989).
  9. Gurkoff, G. G., et al. Evaluation of metric, topological, and temporal ordering memory tasks after lateral fluid percussion injury. Journal of Neurotrauma. 30 (4), 292-300 (2013).
  10. Goodrich-Hunsaker, N. J., Howard, B. P., Hunsaker, M. R., Kesner, R. P. Human topological task adapted for rats: Spatial information processes of the parietal cortex. Neurobiology of Learning and Memory. 90 (2), 389-394 (2008).
  11. Goodrich-Hunsaker, N. J., Hunsaker, M. R., Kesner, R. P. Dissociating the role of the parietal cortex and dorsal hippocampus for spatial information processing. Behavioral Neuroscience. 119 (5), 1307 (2005).
  12. Goodrich-Hunsaker, N. J., Hunsaker, M. R., Kesner, R. P. The interactions and dissociations of the dorsal hippocampus subregions: how the dentate gyrus, CA3, and CA1 process spatial information. Behavioral Neuroscience. 122 (1), 16 (2008).
  13. Rosenfeld, C. S., Ferguson, S. A. Barnes maze testing strategies with small and large rodent models. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (84), e51194 (2014).
  14. O'leary, T. P., Brown, R. E. The effects of apparatus design and test procedure on learning and memory performance of C57BL/6J mice on the Barnes maze. Journal of Neuroscience Methods. 203 (2), 315-324 (2012).
  15. Bromley-Brits, K., Deng, Y., Song, W. Morris water maze test for learning and memory deficits in Alzheimer's disease model mice. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (53), e2920 (2011).
  16. Smith, C., Rose, G. M. Evidence for a paradoxical sleep window for place learning in the Morris water maze. Physiology & Behavior. 59 (1), 93-97 (1996).
  17. Roof, R. L., Zhang, Q., Glasier, M. M., Stein, D. G. Gender-specific impairment on Morris water maze task after entorhinal cortex lesion. Behavioural Brain Research. 57 (1), 47-51 (1993).
  18. Deacon, R. M., Rawlins, J. N. P. T-maze alternation in the rodent. Nature Protocols. 1 (1), 7 (2006).
  19. Penley, S. C., Gaudet, C. M., Threlkeld, S. W. Use of an eight-arm radial water maze to assess working and reference memory following neonatal brain injury. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (82), e50940 (2013).
  20. Davis, A. R., Shear, D. A., Chen, Z., Lu, X. -C. M., Tortella, F. C. A comparison of two cognitive test paradigms in a penetrating brain injury model. Journal of Neuroscience Methods. 189 (1), 84-87 (2010).
  21. Jones, N. C., et al. Experimental traumatic brain injury induces a pervasive hyperanxious phenotype in rats. Journal of Neurotrauma. 25 (11), 1367-1374 (2008).
  22. Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats. Nature Protocols. 5 (9), 1552 (2010).
  23. Ohayon, S., et al. Cell-free DNA as a marker for prediction of brain damage in traumatic brain injury in rats. Journal of Neurotrauma. 29 (2), 261-267 (2012).
  24. Frank, D., et al. Induction of Diffuse Axonal Brain Injury in Rats Based on Rotational Acceleration. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (159), e61198 (2020).
  25. Hunter, A., et al. Functional assessments in mice and rats after focal stroke. Neuropharmacology. 39 (5), 806-816 (2000).
  26. Yarnell, A. M., et al. The revised neurobehavioral severity scale (NSS-R) for rodents. Current Protocols in Neuroscience. 75, 1-16 (2016).
  27. Fujimoto, S. T., Longhi, L., Saatman, K. E., McIntosh, T. K. Motor and cognitive function evaluation following experimental traumatic brain injury. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 28 (4), 365-378 (2004).
  28. Hausser, N., et al. Detecting behavioral deficits in rats after traumatic brain injury. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (131), e56044 (2018).
  29. Ma, C., et al. Sex differences in traumatic brain injury: a multi-dimensional exploration in genes, hormones, cells, individuals, and society. Chinese Neurosurgical Journal. 5 (1), 1-9 (2019).
  30. Shahrokhi, N., Khaksari, M., Soltani, Z., Mahmoodi, M., Nakhaee, N. Effect of sex steroid hormones on brain edema, intracranial pressure, and neurologic outcomes after traumatic brain injury. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 88 (4), 414-421 (2010).
  31. Farace, E., Alves, W. M. Do women fare worse: a metaanalysis of gender differences in traumatic brain injury outcome. Journal of Neurosurgery. 93 (4), 539-545 (2000).
  32. Basso, M. R., Harrington, K., Matson, M., Lowery, N. FORUM sex differences on the WMS-III: findings concerning verbal paired associates and faces. The Clinical Neuropsychologist. 14 (2), 231-235 (2000).
  33. Janowsky, J. S., Chavez, B., Zamboni, B. D., Orwoll, E. The cognitive neuropsychology of sex hormones in men and women. Developmental Neuropsychology. 14 (2-3), 421-440 (1998).
  34. Halari, R., et al. Sex differences and individual differences in cognitive performance and their relationship to endogenous gonadal hormones and gonadotropins. Behavioral Neuroscience. 119 (1), 104 (2005).
  35. Rowe, R. K., Griffiths, D., Lifshitz, J. Pre-Clinical and Clinical Methods in Brain Trauma Research. , Springer. 97-110 (2018).
  36. Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats. Nature Protocols. 5 (9), 1552-1563 (2010).
  37. Losurdo, M., Davidsson, J., Sköld, M. K. Diffuse axonal injury in the rat brain: axonal injury and oligodendrocyte activity following rotational injury. Brain Sciences. 10 (4), 229 (2020).
  38. Kuts, R., et al. A novel method for assessing cerebral edema, infarcted zone and blood-brain barrier breakdown in a single post-stroke rodent brain. Frontiers in Neuroscience. 13, 1105 (2019).

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Neurociencia Número 171 puntuación de gravedad neurológica NSS ratas tarea de memoria de trabajo espacial lesión cerebral traumática LCT
Una prueba métrica para evaluar la memoria de trabajo espacial en ratas adultas después de una lesión cerebral traumática
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Frank, D., Gruenbaum, B. F.,More

Frank, D., Gruenbaum, B. F., Melamed, I., Grinshpun, J., Benjamin, Y., Vzhetson, I., Kravchenko, N., Dubilet, M., Boyko, M., Zlotnik, A. A Metric Test for Assessing Spatial Working Memory in Adult Rats Following Traumatic Brain Injury. J. Vis. Exp. (171), e62291, doi:10.3791/62291 (2021).

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